ANÁLISIS DEL EFECTO COAGULANTE DE LA SEMILLA Moringa oleífera PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN EL HOTEL ÍTACA.
Autor(es): Edith Karina Hernández Jiménez1 – [email protected]
Andrea Jessenia Perilla Niño2 – [email protected]
Docente asesor: Carlos Díaz Rodríguez
Semillero de investigación: Ambiente ético y estratégico - AEE
RESUMEN
Los estudios relacionados con el aprovecha-miento de la flora, han logrado demostrar los beneficios económicos y sociales obtenidos tras la implementación de especies en diferen-tes actividades antrópicas. Una de las especies sobresalientes en este tipo de investigaciones es la Moringa oleífera, planta originaria de la India, cuyas propiedades se han desarrollado en la industria de los alimentos, los fármacos, la fabricación de fertilizantes y coagulantes. Está ultima aplicación debido a la proteína
ca-tiónica dimérica MOC-SC-PC3 que coagula los
contaminantes en aguas turbias. Con el objeti-vo de determinar la viabilidad técnica del
efec-to coagulante de la semilla de la planta
Morin-ga oleífera se realizaron ensayos de
laborato-rio para extraer el agente activo de la semi-lla, posteriormente se implementó como bio-coagulante en análisis de calidad de agua en el ámbito químico y físico en una alícuota extraída de los tanques de sedimentación de agua residual del balneario Ítaca ubicado en el municipio de la Vega – Cundinamarca. Se obtuvieron resultados favorables para el uso del biocoagulante en aguas residuales con condiciones de turbidez de 12,6 NTU, los análisis químicos y físicos demostraron una eficiencia en la remoción de partículas coloi-dales suspendidas del 50% para una dosis de 0,15 g de biocoagulante por litro de agua contaminada a tratar en los análisis de labo-ratorio cumpliendo con los parámetros esti-pulados en la Resolución 1207 de 2014.
1 Administración ambiental.
Váz-PALABRAS CLAVES
Biocoagulante, tratamiento de aguas residua-les, costo-beneficio, tecnología natural, restau-ración hídrica, purificación.
ABSTRACT
Studies related to the use of flora have been able to demonstrate the economic and social benefits obtained after the implementation of species in different anthropic activities. One of the outstanding species in this type of research is the Moringa oleifera, a plant native to India, whose properties have been developed in the food industry, drugs, the manufacture of ferti-lizers and coagulants. This last application is due to the cationic dimeric protein
MOC-SC-PC1 that coagulates contaminants in murky
wa-ters. In order to determine the technical feasi-bility of the coagulant effect of the seed of the Moringa oleifera plant, laboratory tests were carried out to extract the active agent from the seed, subsequently it was implemented as a biocoagulant in water quality analysis in the chemical and physical field in an aliquot ex-tracted from the wastewater sedimentation
tanks of the Itaca resort located in the mu-nicipality of La Vega - Cundinamarca. Fa-vorable results were obtained for the use of the biocoagulant in wastewater with turbidi-ty conditions of 12.6 NTU, chemical and physical analyzes demonstrated an efficien-cy in the removal of suspended colloidal particles of 50% for a dose of 0.15 g of bio-coagulant per liter of contaminated water to be treated in laboratory tests complying with the parameters stipulated in Resolution 1207 of 2014.
KEYWORDS
Biocoagulant, wastewater treatment, cost-benefit, natural technology, water restora-tion, purification.
INTRODUCCIÓN
El estudio de tecnologías alternativas orien-tadas al tratamiento de aguas superficiales afectadas por vertimientos, abre la posibili-dad a la utilización de coagulantes naturales en procesos de depuración y purificación; este tipo de investigaciones se hacen necesa-rias teniendo en cuenta las condiciones socio
-económicas y políticas actuales del país; las cuales según las últimas revisiones de la Aso-ciación Colombiana de Ingeniería Sanitaria y Ambiental (ACODAL) reflejan que solo 31% de las ciudades colombianas cuenta con siste-mas de tratamiento de aguas residuales (El Tiempo, 2017). La escasez de agua y la inten-sificación de los cultivos, junto a otros facto-res, resultan de importante relevancia para lo-grar la sustentabilidad de los sistemas empresa-riales, es necesario, por tanto, optimizar el uso del agua en todos los ámbitos. Aunque la prác-tica del turismo ubicado en el sector económi-co de servicios, no es de los sectores primarios que más recursos hídricos utiliza (estos datos siempre van encabezados por el uso del agua en la agricultura), para La Vega un municipio de vocación rural ubicado en el departamento de Cundinamarca el sector servicios representa un 77,8% y el comercio con un 51,5% puesto que son estas las dos actividades que concen-tran la mayor atención de la población por ser generadoras de empleo (DANE,2013) . Sí es cierto que se debe apostar por la utilización de sistemas que supongan un ahorro de agua para
el sector de servicios enfocados al turismo, se debe propender también por una disminu-ción del caudal de agua residual generado, para lo cual existen tecnologías utilizadas para el tratamiento del recurso hídrico que incluyen tratamientos químicos, físicos y biológicos. Una alternativa es el uso de coa-gulantes naturales para el tratamiento de aguas que puedan llegar a obtener altos nive-les de remoción de cargas contaminantes con dosis bajas, de compuestos de origen natural y con posibilidad de recirculación a nivel empresarial para usos secundarios como rie-go, jardinería, lavado de superficies, etc... Para este caso en específico se plantea el uso de un biocoagulante obtenido a partir de la extracción del agente activo de las semillas de la planta Moringa oleífera. Se pretende dar respuesta a la siguiente pregunta: ¿Cuál es la eficiencia del biocoagulante extraído de la semilla Moringa oleífera, necesaria para lograr un tratamiento adecuado en aguas re-siduales con niveles de turbidez bajas? Esto mediante análisis de conveniencia técnica que permita observar el efecto coagulante de
la semilla y su impacto en las características físicas y químicas de una alícuota.
MÉTODOS
Definición unidad de análisis
Para la realización del presente estudio se pro-cedió a definir como unidad de observación el balneario Hotel Campestre Itaca, que se en-cuentra ubicado en el kilómetro 10 Vía La Ve-ga Villeta, Nocaima en el departamento de Cundinamarca, este presta sus servicios desde el 2011 y cuenta con una extensión de 11.600 m2. Para el tratamiento de sus vertimientos cuentan con tanques de sedimentación, instala-dos desde hace 8 años, lo que representa una oportunidad para la implementación de una nueva tecnología que permita el aprovecha-miento de dichos vertiaprovecha-mientos.
Obtención y acondicionamiento de materia prima
Las semillas de la especie Moringa oleífera se
lograron obtener por medio de la empresa Mo-ringa Morelos ubicada en Pasto. Luego de la adquisición de una libra de estas semillas se
debe proceder con la extracción del agente coagulante en el laboratorio de Biotecnolo-gía de la Universidad Distrital Francisco Jo-sé de Caldas de la sede Bosa-Porvenir. En primera instancia se debe remover la cascara de las semillas, luego someter al proceso de molienda, el resultado de este proceso se ta-miza para conseguir un tamaño de partícula entre 0,25 mm y 1,25mm. Con el fin de eli-minar la carga orgánica de la semilla y au-mentar su eficiencia en el proceso de fitorre-mediación, la harina se ha de someter a la extracción de la proteína catiónica dimérica MOC-SC-PC (Villaseñor-Basulto, Astudillo -Sánchez, del Real-Olvera, & amp; Bandala, 2018). Este proceso radica en: disolver en 10,0 ml de solución salina de NaCl, al 1,0% M 0,10 gramos de polvo de semilla para ob-tener una concentración de 10.000 mg/l, la solución resultante se centrifuga durante 15 minutos a 4000 rpm. El extracto resultante de la centrifugación se congela durante 12 horas a -20°C, seguidamente debe pasar por un proceso de liofilización desarrollado de la siguiente forma: Se debe introducir la
mues-tra congelada en uno de los recipientes de la cámara de sublimación y conectar al vacío du-rante 24 horas continuas. Finalizada la liofili-zación se debe realizar el proceso inverso para romper el vacío de la muestra, y así dejar en-trar lentamente el aire, de esta manera se logra extraer 3,7 gramos de polvo biocoagulante lio-filizado a partir de 10 gramos de semillas de la especie Moringa oleífera. Finalmente se debe almacenar en recipientes herméticos al oxígeno y así evitar la desnaturalización de proteínas. Montaje pruebas de laboratorio
Se procede a realizar el montaje de los ensayos de laboratorio para los análisis de la alícuota tomada de la planta de tratamiento del balnea-rio en el ámbito organoléptico y físico-químico antes y después de suministrar las dosis del
biocoagulante extraído de la semilla de la
Mo-ringa oleífera, lo que tuvo lugar en el labora-torio de calidad de aguas de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas de la sede Bosa-Porvenir. Se efectúa el análisis de siete parámetros físico-químicos (pH, turbidez, con-ductividad eléctrica, solidos totales disueltos,
cloruros, acidez, alcalinidad), y pruebas de tratabilidad por medio del test de jarras para determinación de dosis óptima; según los lineamientos procedimentales planteados por los docentes (Cárdenas León, 2005) y (Guerra Rodríguez, 2015) mediante diversas pruebas.
Análisis de resultados
Se tabula los resultados obtenidos en los análisis de laboratorio y se procede a realizar cálculos de estequiometria para los paráme-tros de acidez, alcalinidad y cloruros. Dado que la orientación del tratamiento es la coa-gulación y disminución de turbidez en las aguas residuales domésticas en las que se proyecta implementar, es imperante determi-nar el porcentaje de eficiencia del biocoagu-lante obtenido a partir del extracto salino de la proteína catiónica dimérica MOC-SC-PC
de la semilla de Moringa oleífera. Para dicha
determinación de la disminución de las partí-culas coloidales en suspensión de la alícuota analizada se procedió a utilizar la fórmula de eficiencia de remoción de carga
contaminan-te en un siscontaminan-tema de tratamiento de aguas resi-duales. Posteriormente estos resultados se han de comparar con los límites máximos permisi-bles estipulados en la Resolución 1207 de 2014.
RESULTADOS
Se estudió el comportamiento de una alícuota, con turbidez promedio de 12,6 NTU, antes y luego de suministrar tres dosis diferentes del
biocoagulante extraído de la semilla de la
Moringa oleífera en el test de jarras.
Se analizaron tres dosis de biocoagulante diluido en agua desionizada correspondien-tes a 20ml, 30ml y 50ml, las cuales corres-ponden a una cantidad de 0,10g, 0,15g y
0,25gde biocoagulante, respectivamente. De
estas dosis se obtuvieron los siguientes re-sultados:
Gráfico 1: Var iación del pH
Fuente: (Autor as, 2019)
Gráfico 2: Var iación de la Tur bidez
Fuente: (Autor as, 2019) En cuanto al análisis organoléptico se
correla-cionaron las características de color, olor, as-pecto y turbidez con la tabla suministrada por (Cárdenas León, 2005, pág. 65), como se evi-dencia en la Tabla 1 Análisis organoléptico.
El parámetro físico pH no manifestó un cambio significativo, variando de 7,35 a 7,34 (como valor de mayor rango) y 7,24 (como valor de menor rango), como se muestra en el gráfico 1 variación de pH.
En el caso de la conductividad eléctrica (EC) y solidos totales suspendidos (TDS) al adicionar la dosis 0,15 g/l se observó que dicha dosis no altera de manera negativa los parametros men-cionados, en este sentido la EC no presento cambioscambio significativos y su resultado final tras el uso del biocoagulante se mantuvo en 1,6 mS/cm. Por otro lado los TDS no supe-raron los 850 gm/l.
Para la muestra tratada con una dosis de 0,10 g/l de biocoagulante se observó un aumento en la EC a 1,71 mS/cm y en TDS a 872,9 mg/l, adicionalmente, al momento de suministrar una dosis de 0,25 g/l de biocoagulante la EC
au-mento a 1,71 mS/cm y los TDS a 875 mg/l.
Para el caso de la Acidez se observó un aumen-to de dicho parámetro al suministrar las
dife-rentes dosis. La dosis de 0,15 g/l aumento de manera menos significativa la acidez de la muestra (10,20 mg CaCO3/l), las dosis de
0,10 g/l y 0,25 g/l aumentaron de 6,08 mg
CaCO3/l inicial a 11,64 mg CaCO3/l y 11,10
mg CaCO3/l respectivamente. Datos
simila-res se obtuvieron al momento de medir la alcalinidad, en este parámetro aumentaron los valores al momento de tratar las muestra con las tres diferentes dosis, la dosis de 0,10 g/l aumento la alcalinidad inicial de 37,48
mg CaCO3/l a 65,34 mg CaCO3/l; la dosis de
0,15 g/l aumento la alcalinidad a 64,88 mg CaCO3/l y la dosis de 0,25 a 65,34 mg
Ca-CO3/l.
En la medición de la turbidez se observó un cambio favorable al suministrar el coagulan-te en sus tres dosis diferencoagulan-tes, sin embargo,
Tabla 1: Análisis organoléptico
Fuente 1. (Cárdenas León, 2015, pg. 65)
CARACTERÍSTICA TIPO CORRELACIÓN APROXIMADA
Color Grisáceo Aguas residuales domésticas (ARD)
Olor Olor a Sulfuro ARD y en general agua con abundante
ma-teria orgánica
Aspecto Uniforme y transparente
Aguas con sólidos sedimentables Aguas dulces y frescas Cuerpos de aguas en movimiento
Turbidez Poco turbia Subterráneas y superficiales o afectadas por
la alícuota en la que se evidenció una eficien-cia mayor, al disminuir la turbidez de 12,6 NTU a 5,1 NTU, fue aquella tratada con una dosis de 0,25 g/l. En las dosis restantes 0,10 g/l y 0,15 g/l se logró una disminución de la turbi-dez inicial a 7,2 NTU y 6,3 NTU respectiva-mente, como se ilustra en el gráfico 2: varia-ción de la turbidez.
Respecto a la eficiencia de remoción de carga contaminante más específicamente partículas en suspensión la dosis de 0,25 g/l evidenció el mayor porcentaje de remoción de turbidez de la alícuota, esta derivó en alteraciones de los parámetros físico-químicos de la misma, por otro lado la dosis de 0,10 g/l no evidencia un resultado favorable para el objetivo del trata-miento, es así que se determina que la dosis óptima es la de 0,15 g/l dado que presenta un porcentaje de eficiencia en la remoción de par-tículas coloidales suspendidas del 50% y esta no genera afectaciones sobresalientes en los parámetros de la alícuota. Como se aprecia en la tabla 2: Porcentaje de eficiencia por dosis suministrada.
Por último, se demostró que la dosis de 0,10 g/l lograba mantener la cantidad de iones de Cl- en la muestra, las dosis de 0,15 g/l y 0,25
g/l aumentaban la cantidad de cloruros de la muestra analizada, pasando de 25,95 ppm Cl
- a 31,98 ppm Cl- y 43,75 ppm Cl-
respecti-vamente.
Como resultado del análisis de los paráme-tros físiquímicos, se logró identificar co-mo dosis óptima para el tratamiento de aguas contaminadas con una turbidez de 12,6 NTU, una cantidad de 0,15 g/l de bio-coagulante, puesto que dicha dosis obtuvo resultados que están dentro del rango de lí-mites máximos permisibles de la Resolución 1207 de 2014 en cuatro de los siete paráme-tros analizados, los cuales fueron: conducti-vidad eléctrica, solidos totales suspendidos, acidez y alcalinidad, paralelamente dicha dosis presentó una eficiencia de remoción de partículas coloidales del 50%.
DISCUSIÓN
Tras la obtención y análisis de los resulta-dos, se demuestra que el tratamiento con el
extracto salino de la proteína catiónica
diméri-ca MOC-SC-PC de la semilla de Moringa
oleí-fera en aguas residuales domésticas con turbi-dez de 12,6 NTU, es viable con una dosis de 0,15 g de biocoagulante por litro de agua con-taminada a tratar, esta presentó una eficiencia de remoción del 50% de partículas coloidales. Tras las pruebas de laboratorio se pudo demos-trar que la proteína dimerica MOC- SC-PC lo-gra desestabilizar las partículas contaminantes. Tras una revisión bibliografía se puede obser-var que autores como (Tumbaco y Acebo, 2018), atribuyen tal efecto a la carga positiva de la proteína, puesto que, logra atraer las par-tículas con carga negativa formando flóculos en forma de red que permiten visualizar la dis-minución de turbidez en el vertimiento, como se confirmó en las pruebas de laboratorio. Al contrastar los resultados obtenidos con la Resolución 1207 de 2014, por la cual se adop-tan disposiciones relacionadas con el uso de aguas residuales tratadas. Se evidencia que la muestra de agua tratada con el biocoagulante cumple con los límites permisibles en los
pará-metros de pH, turbidez, cloruros y alcalini-dad; esto permitiría el uso del agua tratada para riego agrícola, según lo establecido en dicha norma. Lo que demuestra que el uso del biocoagulante genera una eficiencia téc-nica en el tratamiento de aguas residuales, cumpliendo con los estándares de calidad establecidos en la legislación colombiana, de esta manera el uso del biocoagulante obteni-do del extracto salino de la proteína catióni-ca diméricatióni-ca MOC-SC-PC de la semilla de
Moringa oleífera representa una solución alterna en el tratamiento de agua residual doméstica y su posterior uso en actividades secundarias como riego y lavado de áreas externas.
CONCLUSIONES
La dosis efectiva que se debe adicionar para muestras de agua con turbidez promedio de 12,6 NTU según los parámetros analizados es de 0,15 g/l de biocoagulante de extracto salino de la proteína catiónica dimérica MOC-SC-PC de la semilla de Moringa oleí-fera.
En conclusión, se logró comprobar que el ex-tracto salino de la proteína catiónica dimérica
MOC-SC-PC de la semilla de Moringa oleífera
tiene una acción coagulante que permite la re-moción de partículas disueltas específicamente para aguas residuales domésticas, neutralizan-do la carga negativa de tales contaminantes, resultando en un proceso de floculación que permite el tratamiento de aguas residuales do-mesticas de manera eficiente.
Los resultados de laboratorios lograron demos-trar que tras la sobresaturación de las aguas residuales domesticas con el biocoagulante el mecanismo de floculación genera efectos con-trarios a los esperados, alterando la cantidad de TDS y EC. Esto debido a la composición del biocoagulante con solución salina que altera los resultados de dichos parámetros.
Se recomienda realizar futuros análisis micro-biológicos con el objetivo de estipular si el bio-coagulante influye en los niveles de microorga-nismos presentes en el agua residual suscepti-ble de tratamiento con esta tecnología.
AGRADECIMIENTOS
A la Universidad Distrital Francisco José de Caldas por brindar sus instalaciones para el desarrollo de los laboratorios, a los docentes Carlos Díaz Rodríguez y Miguel Ángel Pira-gauta por su asesoría y acompañamiento en esta investigación, a la auxiliar de laborato-rio Aurora Rincón Gil por su diligencia y amabilidad en la asesoría de los laboratorios de calidad de aguas y al Semillero de Inves-tigación Ambiente Ético y Estratégico por motivar en nosotras el espíritu investigador. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Resolución 1207 de 2014. (25 de julio de 2014). Bogotá: Diario oficial de Colombia.
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